JP6016935B2 - Plate heat exchanger and refrigeration cycle apparatus equipped with the plate heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、プレート式熱交換器及びこのプレート式熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a plate heat exchanger and a refrigeration cycle apparatus including the plate heat exchanger.
従来より、2枚のサイドプレートの間に伝熱プレートを所定の間隔を介して複数積層し、これら伝熱プレートの間に形成される空間に第1流体が流通する第1流路と第2流体が流通する第2流路とを交互に形成したプレート式熱交換器が提案されている。また、このような従来のプレート式熱交換器には、伝熱性能を向上させるために流路内にインナーフィンを設けたものも提案されており、例えば「複数の伝熱プレート1,1・・を、該伝熱プレート1,1・・間に隣り合う第1流路2,2・・および第2流路3,3・・を形成するように積層してなり、前記第1流路2,2・・と前記第2流路3,3・・とをそれぞれ流通する第1流体Xと第2流体Yとの間で熱交換を行うように構成したプレート式熱交換器において、前記第1流路2,2・・および第2流路3,3・・に、伝熱を促進するとともに伝熱面積を増大させるインナーフィン4,4・・をそれぞれ配設して、形状設計の自由度が高いインナーフィン4,4・・の介在により、流路2,3を構成する伝熱プレート1,1・・間の伝熱が促進されるとともに伝熱面積も増大するようにしている。」(特許文献1参照)というプレート式熱交換器が提案されている。
Conventionally, a plurality of heat transfer plates are stacked between two side plates at a predetermined interval, and a first flow path and a second flow path through which a first fluid flows in a space formed between these heat transfer plates. A plate-type heat exchanger in which second flow paths through which fluid flows are alternately formed has been proposed. In addition, in order to improve the heat transfer performance, such a conventional plate type heat exchanger has been proposed in which an inner fin is provided in the flow path. For example, “a plurality of
また、流路内にインナーフィンを設けた従来のプレート式熱交換器には、例えば「オイルクーラのコア部1は、基本的な形状が共通の多数の第1のコアプレート5と第2のコアプレート6とを交互に積層することで、各コアプレート5,6の間に、オイル流路7と冷却水流路8とが交互に構成される。オイル流路7には、それぞれフィンプレート11が挟み込まれている。オイル流路7から見て外側へ膨らむように第1のコアプレート5には第1の突条部31が、第2のコアプレート6には第2の突条部32がそれぞれ設けられ、オイルの流れに対し交互に位置する。」(特許文献2参照)というプレート式熱交換器も提案されている。
Further, in a conventional plate heat exchanger having inner fins in the flow path, for example, “the
また、流路内にインナーフィンを設けた従来の熱交換器には、2枚の伝熱プレートを1本の扁平チューブとして形成したものも提案されており、例えば「 偏平チューブ1の平面部1aに長手方向に対して傾斜した複数の凝縮水流下用の傾斜溝7をその下流端がチューブの曲面部1bに達するように形成し、その偏平チューブ1の外面側に凸条7aを形成する。そして偏平チューブ1内にインナーフィン6が挿入される。」(特許文献3)という熱交換器も提案されている。
In addition, as a conventional heat exchanger in which inner fins are provided in a flow path, one in which two heat transfer plates are formed as one flat tube has been proposed. For example, “a flat portion 1a of a
例えばインナーフィンが設けられた流路内において第1流体(例えば冷媒)が蒸気から液へ凝縮する場合、つまり、第1流体が流れる当該流路と隣接する流路を流れる第2冷媒(例えば水)を第1流体で加熱する場合、特許文献1〜特許文献3に記載の熱交換器には次のような課題があった。
特許文献1に記載のプレート式熱交換器は、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する(接する)範囲がフラット(平坦)になっている。このため、第1流体が流れる流路には、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する(接する)範囲に凝縮液の液膜が形成されやすい。このため、この液膜が熱抵抗となり、第1流体から第2流体への熱伝達率が低下してしまうという問題点があった。For example, when the first fluid (for example, refrigerant) condenses from vapor to liquid in the channel provided with the inner fins, that is, the second refrigerant (for example, water) that flows through the channel adjacent to the channel through which the first fluid flows. ) Is heated with the first fluid, the heat exchangers described in
The plate-type heat exchanger described in
一方、引用文献2に記載のプレート式熱交換器には伝熱プレートの伝熱面に突条部(突条部31,32)が形成されており、引用文献3に記載の熱交換器にも扁平チューブの伝熱面に傾斜溝(傾斜溝7)が形成されている。このため、これらの熱交換器は、特許文献1に記載のプレート式熱交換器と比べ、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する(接する)範囲に液膜が形成されることを抑制することができる。しかしながら、引用文献2に記載のプレート式熱交換器は、突条部が第1流体の流れ方向に対して垂直に形成されているため、突条部に保持された凝縮液の液捌け性が悪い。このため、引用文献2に記載のプレート式熱交換器は、突条部に滞留した凝縮液が熱抵抗となり、第1流体から第2流体への熱伝達率が低下してしまうという問題点があった。また、引用文献3に記載の熱交換器は、傾斜溝が第1流体の流れ方向に対して傾いており、かつ、断続的に形成されている。このため、引用文献3に記載の熱交換器は、傾斜溝に保持された凝縮液が滞留しやすく、この滞留した凝縮液が熱抵抗となる。したがって、引用文献3に記載の熱交換器も、特許文献2に記載のプレート式熱交換器と同様に、第1流体から第2流体への熱伝達率が低下してしまうという問題点があった。
On the other hand, the plate-type heat exchanger described in the cited
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、凝縮液の液膜形成に起因する熱伝達率の低下を抑制でき、凝縮液の滞留に起因する熱伝達率の低下も抑制することができるプレート式熱交換器、及びこの熱交換器を備えた冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can suppress a decrease in heat transfer coefficient due to the formation of a liquid film of the condensate, and a decrease in heat transfer coefficient due to the stay of the condensate. It is an object of the present invention to obtain a plate-type heat exchanger that can also suppress the refrigeration cycle apparatus including the heat exchanger.
本発明に係るプレート式熱交換器は、2枚のサイドプレートの間に、フラットな伝熱面が形成された伝熱プレートを所定の間隔を介して複数積層し、前記サイドプレートと前記伝熱プレートとの間及び各前記伝熱プレートの間に形成される空間に、第1流体の流入口及び流出口と、前記第1流体とは異なる第2流体の流入口及び流出口とを交互に連通して、前記第1流体が流通する第1流路と前記第2流体が流通する第2流路を交互に形成し、少なくとも前記第1流路には、前記伝熱面と対向する範囲にインナーフィンが設けられたプレート式熱交換器であって、前記第1流路における前記インナーフィンの設置範囲には、前記インナーフィンにおける前記伝熱プレートと対向する範囲、及び、前記伝熱プレートのうちの少なくとも一方に、前記インナーフィン及び前記伝熱プレートの厚みよりも小さい深さの凹溝が、前記第1流体の流れ方向に沿って形成されており、前記凹溝のうちの少なくとも一部は、前記インナーフィンに形成された貫通溝、及び、前記伝熱プレートの前記貫通溝と対向する部分に形成された底部凹溝によって形成されているものである。 The plate heat exchanger according to the present invention includes a plurality of heat transfer plates each having a flat heat transfer surface formed between two side plates at a predetermined interval, and the side plates and the heat transfer are stacked. In the space formed between the plates and between the heat transfer plates, the first fluid inlet and outlet and the second fluid inlet and outlet different from the first fluid alternately The first flow path through which the first fluid flows and the second flow path through which the second fluid flows are alternately formed, and at least the first flow path is in a range facing the heat transfer surface. A plate-type heat exchanger provided with inner fins, wherein an installation range of the inner fins in the first flow path includes a range facing the heat transfer plate in the inner fins, and the heat transfer plate At least one of the Serial inner fin and small depth of the groove than the thickness of the heat transfer plate are formed along the flow direction of the first fluid, at least a portion of said groove is in the inner fin It is formed by the formed through groove and the bottom concave groove formed in the portion of the heat transfer plate facing the through groove .
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係るプレート式熱交換器を備えたものである。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes the plate heat exchanger according to the present invention.
本発明においては、例えばインナーフィンが設けられた第1流路内において第1流体(例えば冷媒)が蒸気から液へ凝縮する場合、第1流体の凝縮液膜を凹溝に保持し、第1流体の凝縮液膜を凹溝に集約することができる。このため、本発明は、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する(接する)範囲に液膜が形成されることを抑制できる。あるいは、本発明は、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する(接する)範囲に形成される第1流体の凝縮液膜を薄くすることができる。したがって、本発明は、第1流体から第2流体への熱伝達率を向上させることができる。 In the present invention, for example, when the first fluid (for example, refrigerant) condenses from vapor to liquid in the first flow path provided with the inner fin, the condensed liquid film of the first fluid is held in the concave groove, The fluid condensate film can be concentrated in the groove. For this reason, this invention can suppress that a liquid film is formed in the range facing the heat-transfer surface of a heat-transfer plate, and the heat-transfer surface of an inner fin. Alternatively, the present invention can thin the condensate film of the first fluid formed in a range facing (contacting) the heat transfer surface of the heat transfer plate and the heat transfer surface of the inner fin. Therefore, the present invention can improve the heat transfer rate from the first fluid to the second fluid.
また、本発明においては、凹溝が、第1流体の流れ方向に沿って形成されている。このため、凹溝に保持された第1流体の凝縮液は下流側へ流れやすくなり、凹溝からの第1流体の凝縮液の液捌け性が向上する。したがって、本発明においては、凹溝に第1流体の凝縮液が滞留して第1流体から第2流体への熱伝達率が低下することも抑制できる。 Moreover, in this invention, the ditch | groove is formed along the flow direction of the 1st fluid. For this reason, the condensate of the 1st fluid currently hold | maintained at the ditch | groove becomes easy to flow downstream, and the spillability of the 1st fluid condensate from a ditch | groove improves. Therefore, in this invention, it can also suppress that the condensate of a 1st fluid retains in a ditch | groove, and the heat transfer rate from a 1st fluid to a 2nd fluid falls.
実施の形態1.
本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、流路にインナーフィン6を設けたものである。そして、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、インナーフィン6に凹溝8を形成し、伝熱プレート7に凹溝9を形成したことを特徴の1つとしている。
以下では、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100の理解を容易とするため、まず、従来の一般的なプレート式熱交換器200(つまり、本実施の形態1に係る凹溝8,9が形成されていないプレート式熱交換器)を説明する。その後、従来のプレート式熱交換器200と比較しながら、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100について説明する。
なお、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100及び従来のプレート式熱交換器200を説明するに際し、同一の機能を果たす構成には同一の符号を付して説明することとする。
The
In the following, in order to facilitate understanding of the
In the description of the
図1は、従来のプレート式熱交換器を示す分解斜視図である。図2は、このプレート式熱交換器に設けられるインナーフィンを示す斜視図である。図3は、このプレート式熱交換器を示す断面図である。また、図4は、図3のV部拡大図である。なお、図3は、伝熱プレート間に形成された流路内を流れる流体の流れ方向と垂直な断面で切断した断面図とあっている。また、図1及び図4に示す「A」は第1流体の流れ方向を示しており、図1及び図4に示す「B」は第2流体の流れ方向を示している。
まず、図1〜図4を用いて、従来のプレート式熱交換器200について説明する。FIG. 1 is an exploded perspective view showing a conventional plate heat exchanger. FIG. 2 is a perspective view showing an inner fin provided in the plate heat exchanger. FIG. 3 is a sectional view showing this plate heat exchanger. FIG. 4 is an enlarged view of a portion V in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a cross section perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the flow path formed between the heat transfer plates. Further, “A” shown in FIGS. 1 and 4 indicates the flow direction of the first fluid, and “B” shown in FIGS. 1 and 4 indicates the flow direction of the second fluid.
First, a conventional
プレート式熱交換器200は、例えばプレート式熱交換器200を補強する機能を果たす2枚のサイドプレート5の間に、フラット(平坦)な伝熱面が形成された伝熱プレート7を所定の間隔を介して複数積層して構成されている。2枚のサイドプレート5は、例えば長方形状に形成されている。また、一方のサイドプレート5には、その四隅に、第1流体の流入口1、第1流体の流出口2、第2流体の流入口3、及び、第2流体の流出口4が形成されている。また、これら第1流体の流入口1、第1流体の流出口2、第2流体の流入口3、及び、第2流体の流出口4には、配管が接続されている。
なお、以下では、便宜上、サイドプレート5の端手方向をx軸とし、サイドプレート5の長手方向をy方向として説明する。For example, the
In the following description, for the sake of convenience, the end direction of the
伝熱プレート7は、2種類の伝熱プレート(伝熱プレート7a及び伝熱プレート7b)で構成されている。そして、伝熱プレート7a及び伝熱プレート7bは、2枚のサイドプレート5の間に交互に配置されている。これら伝熱プレート7a及び伝熱プレート7bは、サイドプレート5と同様に長方形状となっており、伝熱面がフラット(平坦)に形成されている。そして、これら伝熱プレート7a及び伝熱プレート7bは、サイドプレート5と同様に、その四隅に、第1流体の流入口1、第1流体の流出口2、第2流体の流入口3、及び、第2流体の流出口4が形成されている(なお、以下では、伝熱プレート7a及び伝熱プレート7bを総称する場合、伝熱プレート7と称する)。
The
また、伝熱プレート7aは、周縁部、第1流体の流入口1及び第1流体の流出口2が突出した形状となっている。つまり、伝熱プレート7aは、第2流体の流入口3及び第2流体の流出口4が連通する流路と、第1流体の流入口1及び第1流体の流出口2とを隔てる構成となっている。一方、伝熱プレート7bは、周縁部、第2流体の流入口3及び第2流体の流出口4が突出した形状となっている。つまり、伝熱プレート7bは、第1流体の流入口1及び第1流体の流出口2が連通する流路と、第2流体の流入口3及び第2流体の流出口4とを隔てる構成となっている。このため、サイドプレート5、伝熱プレート7a及び伝熱プレート7bを組み付けた状態においては、第1流体が流れる第1流路11と第2流体が流れる第2流路12とが交互に形成されることとなる。そして、図1及び図4に示すように、第1流路11を流れる第1流体は、y軸に沿って図1の上側から下側に向かって流れ、第2流路12を流れる第2流体は、y軸に沿って図1の下側から上側に向かって流れることとなる。つまり、第1流体と第2流体とは対向流となっている。
Further, the
また、プレート式熱交換器200の第1流路11及び第2流路12の双方には、伝熱プレート7の伝熱面と対向する範囲に、インナーフィン6が設けられている。このインナーフィン6は、基板部6aから複数の第1切り起こし部61及び第2切り起こし部62が切り起こされて形成されている。詳しくは、第1切り起こし部61は、断面コの字形状をしており、基板部6aと平行な第1天面部61a及び該第1天面部61aの両端部と基板部6aとを接続する2つの第1脚部61bで形成されている。そして、第1切り起こし部61は、所定の間隔を介して、x軸方向に複数形成されている。また、第2切り起こし部62は、断面コの字形状をしており、基板部6aと平行な第2天面部62a及び該第2天面部62aの両端部と基板部6aとを接続する2つの第2脚部62bで形成されている。そして、第2切り起こし部62も、第1切り起こし部61と同様に、所定の間隔を介してx軸方向に複数形成されている。
Further,
また、第2切り起こし部62は、第1切り起こし部61に対してx軸方向にオフセットしており、第2天面部62aの一部が第1天面部61aの一部と接続するように形成されている(以下、第1天面部61aと第2天面部62aとを総称する場合、天面部6bと称する)。そして、所定の間隔を介してx軸方向に複数形成された第1切り起こし部61と、所定の間隔を介してx軸方向に複数形成された第2切り起こし部61とは、第2天面部62aの一部が第1天面部61aの一部と接続するように、y軸方向に複数配置されている。換言すると、インナーフィン6は、基板部6aと天面部6bとの間に、複数の第1脚部61b及び第2脚部62bが形成された構成となっている。
The second cut-and-raised
このように構成されたインナーフィン6は、基板部6aが伝熱プレート7a又は伝熱プレート7bの一方と対向し(接合され)、天面部6bが伝熱プレート7a又は伝熱プレート7bの他方と対向するように(接合されて)、第1流路11及び第2流路12に配置される。つまり、第1切り起こし部61の第1脚部61b及び第2切り起こし部62の第2脚部62bは、第1流路11及び第2流路12にy軸方向に沿って形成されたフィン部となる。このため、第1流路11を流れる第1流体及び第2流路12を流れる第2流体は、これら第1脚部61b及び第2脚部62bによって攪拌されるため、第1流体と第2流体との間の熱交換効率が向上する。
In the
しかしながら、上記のように構成されたプレート式熱交換器200には、次のような課題があった。
However, the
プレート式熱交換器200においては、第1流体と第2流体とが熱交換する際、伝熱プレート7の伝熱面、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bを介して、高温側の流体の熱が低温側の流体に伝達される。例えば高温の冷媒等である第1流体と例えば低温の水等である第2流体とが熱交換する場合、第1流体の熱は、伝熱プレート7の伝熱面、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bを通って、第2流体伝達される。そして、蒸気状の第1流体は、第2流体に熱を与える過程で、第1流路11内で凝縮する。このとき、プレート式熱交換器200は、伝熱プレート7の伝熱面、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bがフラットに形成されているため、凝縮液となった第1流体の液膜が形成されやすい。このため、この液膜が抵抗となり、第1流体から第2流体への熱伝達率が低下してしまう。
In the
そこで、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、後述の図5〜図8に示すように、従来のプレート式熱交換器200の構成に加え、インナーフィン6の凹溝8及び伝熱プレート7の凹溝9を備えた構成としている。
Therefore, the
図5は、本発明の実施の形態1に係るプレート熱交換器の要部拡大図であり、図3のV部に相当する位置の拡大図である。図6は、本実施の形態1に係るプレート熱交換器の伝熱プレート及びインナーフィンを示す斜視図である。図7は、図6のW部拡大図である。また、図8は、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを示す斜視図である。なお、図5に示す「A」は第1流体の流れ方向を示しており、図1及び図4に示す「B」は第2流体の流れ方向を示している。 FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the plate heat exchanger according to the first embodiment of the present invention, and is an enlarged view of a position corresponding to the V part in FIG. 3. FIG. 6 is a perspective view showing a heat transfer plate and inner fins of the plate heat exchanger according to the first embodiment. FIG. 7 is an enlarged view of a portion W in FIG. FIG. 8 is a perspective view showing a heat transfer plate of the plate heat exchanger according to the first embodiment. Note that “A” shown in FIG. 5 indicates the flow direction of the first fluid, and “B” shown in FIGS. 1 and 4 indicates the flow direction of the second fluid.
図5及び図7に示すように、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、第1流路11に設けられたインナーフィン6に、断面コの字形状の凹溝8が複数形成されている。これら凹溝8は、y軸に沿って、つまり第1流体の流れ方向に沿って形成されている。また、これら凹溝8は、基板部6a第1流路側の面、及び、天面部6bの第1流路側の面に形成されている。つまり、これら凹溝8は、インナーフィン6における伝熱プレート7の伝熱面と対向する範囲(接する範囲)に設けられている。また、本実施の形態1では、これら凹溝8のそれぞれは、インナーフィン6の内部を流れる第1流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されている。さらに、本実施の形態1では、これら凹溝8のそれぞれは、直線状に形成されている。
As shown in FIGS. 5 and 7, the
また、図5及び図8に示すように、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100の伝熱プレート7の伝熱面には、第1流路11側に、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bと対向しない範囲(接しない範囲)に、断面コの字形状の凹溝9が複数形成されている。これら凹溝9は、y軸に沿って、つまり第1流体の流れ方向に沿って形成されている。また、本実施の形態1では、これら凹溝9のそれぞれは、インナーフィン6の内部を流れる第1流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されている。さらに、本実施の形態1では、これら凹溝9のそれぞれは、直線状に形成されている。
Moreover, as shown in FIG.5 and FIG.8, the board | substrate of the
すなわち、インナーフィン6の凹溝8及び伝熱プレート7の凹溝9は、第1流体と接する範囲に形成されている。
That is, the
以上、このように構成された本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100においては、例えば高温で蒸気状の冷媒等である第1流体が第2流体に熱を与える過程で第1流路11内で凝縮する場合、第1流体の凝縮液膜を凹溝8及び凹溝9に保持し、第1流体の凝縮液膜を凹溝8及び凹溝9に集約することができる。このため、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、第1流路11において伝熱プレート7の伝熱面、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bに第1流体の凝縮液膜ができることを抑制できる。あるいは、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、第1流路11において伝熱プレート7の伝熱面、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bに形成される第1流体の凝縮液膜を薄くすることができる。したがって、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、第1流体から第2流体への熱伝達率を向上させることができる。
As described above, in the
また、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100においては、凹溝8及び凹溝9が、第1流体の流れ方向に沿って形成されている。このため、凹溝8及び凹溝9に保持された第1流体の凝縮液は下流側へ流れやすくなり、凹溝8及び凹溝9からの第1流体の凝縮液の液捌け性が向上する。したがって、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100においては、凹溝8及び凹溝9に第1流体の凝縮液が滞留して第1流体から第2流体への熱伝達率が低下することも抑制できる。
Further, in the
さらに、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100においては、凹溝8及び凹溝9が、インナーフィン6の内部を流れる第1流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されている。このため、凹溝8及び凹溝9からの第1流体の凝縮液の液捌け性がさらに向上し、第1流体から第2流体への熱伝達率をさらに向上させることができる。
Furthermore, in the
さらに、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100においては、凹溝8及び凹溝9が、直線状に形成されているので、凹溝8及び凹溝9からの第1流体の凝縮液の液捌け性がさらに向上し、第1流体から第2流体への熱伝達率をさらに向上させることができる。
Furthermore, in the
さらに、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100においては、凹溝9が伝熱プレート7の厚みよりも小さくなっている。このため、伝熱プレート7の伝熱面を第2流路12側に突出させることなく、伝熱プレート7に凹溝9を形成することができる。したがって、伝熱プレート7とインナーフィン6との接合が複雑化することがなく、プレート式熱交換器100の製造が容易となる。
Furthermore, in the
ここで、本実施の形態1では、高温の第1流体が凝縮(相変化)しながら第2流体を加熱する例について説明した。しかしながら、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、低温の第1流体が蒸発しながら高温の第2流体を冷却する場合、及び、第1流体が単相(液相又は気相)の状態のままで第2流体と熱交換する場合にも、第1流体と第2流体との間の熱伝達率を向上させる効果がある。第1流体の蒸発時、凹溝8及び凹溝9に第1流体を保持することで、核沸騰を促進でき、これにより第1流体と第2流体との間の熱伝達率を向上できるからである。また、第1流体が単相(液相又は気相)の状態のままで第2流体と熱交換する場合、凹溝8の角部(インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bのフラットな部分と凹溝8との境界部)及び凹溝9の角部(伝熱プレート7の伝熱面のフラットな部分と凹溝9との境界部)によって、第1流体の攪拌効果が向上するからである。なお、当該攪拌効果は、第1流体が凝縮する場合及び蒸発する場合においても得られる効果である。
Here, in the first embodiment, the example in which the second fluid is heated while the high-temperature first fluid is condensed (phase change) has been described. However, in the
実施の形態2.
実施の形態1で示した凹溝8及び凹溝9は、これら凹溝の長手方向と垂直な断面において、開口部から底部までの距離が一定の略コの字形状に形成されていた。これに限らず、凹溝8及び凹溝9を、例えば次のような断面形状に形成してもよい。なお、本実施の形態2で特に記述しない構成については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
The
図9は、本発明の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の一例を示す要部拡大図である。この図9は、凹溝8及び凹溝9の長手方向と垂直な断面で切断した断面図である。
凹溝8及び凹溝9の長手方向と垂直な断面において、本実施の形態2に係るプレート式熱交換器100の凹溝8及び凹溝9は、開口部から底部にかけて幅が小さくなるように形成されている。例えば、図9(a)に示すように、凹溝8及び凹溝9を断面三角形状に形成することにより、開口部から底部にかけて幅が小さくなる凹溝8及び凹溝9を形成することができる。また例えば、図9(b)に示すように、凹溝8及び凹溝9の側面部を階段形状に形成することにより、換言すると、凹溝の底部に該凹溝よりも幅の小さい凹溝を形成して凹溝8及び凹溝9を構成することにより、開口部から底部にかけて幅が小さくなる凹溝8及び凹溝9を形成することができる。FIG. 9 is an enlarged view of a main part showing an example of a plate heat exchanger according to
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
なお、図9(b)では、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bに形成された断面四角形状の貫通溝8aと、伝熱プレート7の貫通溝8aと対向する部分に形成され、貫通溝8aよりも幅の小さい底部側凹溝8bとにより、凹溝8を形成している。これに限らず、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bに、凹溝の底部に該凹溝よりも幅の小さい凹溝を形成し、凹溝8としても勿論よい。つまり、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bのみを加工して凹溝8を形成しても勿論よい。換言すると、図9(a)に示す凹溝8を、インナーフィン6に形成された断面台形形状の貫通溝8aと、伝熱プレート7の貫通溝8aと対向する部分に形成された断面三角形状の底部側凹溝8bとで構成しても勿論よい。また、実施の形態1で示した凹溝8も、インナーフィン6に形成された断面四角形状の貫通溝8aと、伝熱プレート7の貫通溝8aと対向する部分に形成され、貫通溝8aと同一幅の底部側凹溝8bとで構成しても勿論よい。
In FIG. 9B, a through-
以上、本実施の形態2のように構成されたプレート式熱交換器100は、実施の形態1と同様の効果を得られることに加え、実施の形態1と比べて次のような効果を得ることもできる。
As described above, the
本実施の形態2に係るプレート式熱交換器100においては、開口部から底部にかけて幅が小さくなるように凹溝8及び凹溝9が形成されているので、凹溝8及び凹溝9に保持する凝縮液の量を調整することができる。例えば、第1流体が第1流路11内で凝縮する場合、本実施の形態2に係るプレート式熱交換器100は、第1流体の凝縮液膜が形成される初期段階において、凝縮液の保持量を実施の形態1よりも少なくできる。そして、第1流体が凝縮されていくにつれて徐々に凹溝8及び凹溝9に保持する凝縮液の量は増加するが、この増加量を実施の形態1よりも大きくさせることができる。
In the
また、本実施の形態2のように、インナーフィン6の貫通溝8aと伝熱プレート7の底部側凹溝8bとで凹溝8を形成することにより、貫通溝8a及び底部側凹溝8bがインナーフィン6と伝熱プレート7を位置合わせする際の目印となるため、プレート式熱交換器100の組み立て精度を向上することができ、プレート式熱交換器100の信頼性が向上する。
Further, as in the second embodiment, by forming the
なお、図9(a)のように凹溝8及び凹溝9を断面三角形状に形成する場合、三角形の頂角や辺の長さによって、凝縮時の液膜の保持量を調整できる。また、図9(b)のように凹溝8及び凹溝9を断面三角形状に形成する場合、寸法a及びbを変更することにより、凝縮時の液膜の保持量を調整できる。
In addition, when the
実施の形態3.
凹溝8及び凹溝9の形状は、実施の形態1及び実施の形態2で示した形状に限定されるものではなく、例えば次のような断面形状に形成してもよい。なお、本実施の形態3で特に記述しない構成については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
The shape of the
図10は、本発明の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の一例を示す要部拡大図である。この図10は、凹溝8及び凹溝9の長手方向と垂直な断面で切断した断面図である。
凹溝8及び凹溝9の長手方向と垂直な断面において、本実施の形態3に係るプレート式熱交換器100の凹溝8及び凹溝9は、開口部から底部にかけて幅が大きくなるように形成されている。例えば、図10(a)に示すように、凹溝8及び凹溝9を、短辺側が開口部となった台形形状に形成することにより、開口部から底部にかけて幅が大きくなる凹溝8及び凹溝9を形成することができる。また例えば、図10(b)に示すように、凹溝8及び凹溝9の側面部を階段形状に形成することにより、換言すると、凹溝の底部に該凹溝よりも幅の大きい凹溝を形成して凹溝8及び凹溝9を構成することにより、開口部から底部にかけて幅が大きくなる凹溝8及び凹溝9を形成することができる。FIG. 10 is a main part enlarged view showing an example of a plate heat exchanger according to
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
なお、図10(b)では、インナーフィン6の基板部6a及び天面部6bに形成された断面四角形状の貫通溝8aと、伝熱プレート7の貫通溝8aと対向する部分に形成され、貫通溝8aよりも幅の大きい底部側凹溝8bとにより、凹溝8を形成している。
In FIG. 10B, a through-
以上、本実施の形態3のように構成されたプレート式熱交換器100は、実施の形態1と同様の効果を得られることに加え、実施の形態1と比べて次のような効果を得ることもできる。
As described above, the
本実施の形態3に係るプレート式熱交換器100においては、開口部から底部にかけて幅が大きくなるように凹溝8及び凹溝9が形成されているので、凹溝8及び凹溝9に保持する凝縮液の量を調整することができる。例えば、第1流体が第1流路11内で凝縮する場合、本実施の形態3に係るプレート式熱交換器100は、第1流体の凝縮液膜が形成される初期段階において、凝縮液の保持量を実施の形態1よりも大きくできる。そして、第1流体が凝縮されていくにつれて徐々に凹溝8及び凹溝9に保持する凝縮液の量は増加するが、この増加量を実施の形態1よりも小さくさせることができる。
In the
また、本実施の形態3に係る凹溝8及び凹溝9の形状は、凝縮液を引き込みやすい形状である。このため、凹溝8内及び凹溝9内では隣接する気泡によって沸騰が活性化されやすくなるので、第1流体が蒸発する条件で本実施の形態3に係るプレート式熱交換器100を用いる際、実施の形態1及び実施の形態2よりも、第1流体と第2流体との間の熱伝達率を向上させることができる。
Moreover, the shape of the
実施の形態4.
実施の形態1〜実施の形態3で示した凹溝9の端部に、次のような流出口側凹溝9a及び流入口側凹溝9bを設けてもよい。なお、本実施の形態4で特に記述しない構成については実施の形態1〜実施の形態3のいずれかと同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
You may provide the following outlet side
図11は、本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを示す斜視図である。
本実施の形態4に係るプレート式熱交換器100の伝熱プレート7には、一端が凹溝9と接続され、他端が第1流体の流出口2に接続された流出口側凹溝9aが形成されている。
また、本実施の形態4に係るプレート式熱交換器100の伝熱プレート7には、一端が凹溝9と接続され、他端が第1流体の流入口1に接続された流入口側凹溝9bも形成されている。FIG. 11 is a perspective view showing a heat transfer plate of a plate heat exchanger according to
The
In addition, the
インナーフィン6内を流れた第1流体は、その流れを傾けて第1流体の流出口2に流入することとなる。また、第1流体の流入口1から第1流路11内に流入した第1流体は、インナーフィン6側に流れた後、その流れを傾けてインナーフィン6内に流入することとなる。このため、第1流体の流入口1からインナーフィン6へ至るまでの流路、及び、インナーフィン6から第1流体の流出口2へ至るまでの流路は、インナーフィン6内流路に対して流れ難い流路となっている。しかしながら、本実施の形態4に係るプレート式熱交換器100は、流入口側凹溝9b及び流出口側凹溝9aを備えているので、これらインナーフィン6内流路に対して流れ難い流路において、第1流体を流入口側凹溝9b及び流出口側凹溝9aに沿わせて流すことにより、第1流体を円滑に流すことができる。また、これらインナーフィン6内流路に対して流れ難い流路において、第1流体を円滑に流すことができるため、伝熱プレート7の有効伝熱面積を拡大することもできる。これらの効果は、第1流体を流入口側凹溝9b及び流出口側凹溝9aの一方を設けるだけでも得ることができる。
The first fluid that has flowed through the
なお、上記の実施の形態1〜実施の形態4では、第2流路12にインナーフィン6を設けたプレート式熱交換器100を例に本発明を説明したが、第2流路12にインナーフィン6が設けられておらず、第1流路11にのみインナーフィン6を設けたプレート式熱交換器に本発明を実施することも勿論可能である。
In the first to fourth embodiments described above, the present invention has been described by taking the
また、上記の実施の形態1〜実施の形態4では、凹溝8、凹溝9、流出口側凹溝9a及び流入口側凹溝9bを第1流路11側にのみ形成したプレート式熱交換器100を例に本発明を説明したが、第2流路12側に凹溝8、凹溝9、流出口側凹溝9a及び流入口側凹溝9bを形成してもよい。第2流路12側でも、第1流路11側で得られた上記の効果を得ることができる。
In the first to fourth embodiments described above, the plate-type heat in which the
また、上記の実施の形態1〜実施の形態4では、凹溝8及び凹溝9の双方を形成したプレート式熱交換器100について説明したが、凹溝8及び凹溝9のうちの一方のみを形成しても、上記の効果を得ることができる。
In the first to fourth embodiments, the
また、上記の実施の形態1〜実施の形態4では、第1流路と第2流路とが対向流となったプレート式熱交換器100について説明したが、第1流路と第2流路とを並行流としても勿論よい。
Moreover, in said Embodiment 1-
また、本発明に係るプレート式熱交換器は、実施の形態1〜実施の形態3で示した形状の凹溝8及び凹溝9を組み合わせて構成しても勿論よい。
The plate heat exchanger according to the present invention may be configured by combining the
実施の形態5.
最後に、実施の形態1〜実施の形態4で示したプレート式熱交換器100を備えた冷凍サイクル装置の一例について説明する。
Finally, an example of the refrigeration cycle apparatus including the
図12は、本発明の実施の形態5に係る冷凍サイクル装置を示す回路図である。
この図12に示す冷凍サイクル装置150は、実施の形態1〜実施の形態4に記載のいずれかのプレート式熱交換器100を冷媒対冷媒熱交換器として用いた空気調和装置である。冷凍サイクル装置150は熱源側冷媒回路30及び利用側冷媒回路40等から構成されている。FIG. 12 is a circuit diagram showing a refrigeration cycle apparatus according to
A refrigeration cycle apparatus 150 shown in FIG. 12 is an air conditioner using any of the
熱源側冷媒回路30は、圧縮機31、凝縮器となるプレート式熱交換器100、膨張弁33、及び蒸発器32が順次冷媒配管により接続されて構成されている。また、利用側冷媒回路40は、ポンプ41、利用側熱交換器42及びプレート式熱交換器100が順次冷媒配管により接続されて構成されている。
The heat source side
圧縮機31で圧縮された蒸気状態の熱源側冷媒(例えば第1流体)は、プレート式熱交換器100に流入する。プレート式熱交換器100に流入した熱源側冷媒は、利用側冷媒(例えば第2流体)を加熱して凝縮する。プレート式熱交換器100で凝縮した熱源側冷媒は過冷却状態の液冷媒となり、膨張弁33に流入する。膨張弁33で膨張した低温低圧の熱源側冷媒は低乾き度の二相状態となり、蒸発器32に流入する。蒸発器32に流入した熱源側冷媒は、送風機32aから送り出された空気から吸熱して蒸発する。蒸発器32で蒸発した熱源側冷媒は、圧縮機31に吸入されて再び圧縮される。
The vapor-state heat source side refrigerant (for example, the first fluid) compressed by the compressor 31 flows into the
一方、プレート式熱交換器100で熱源側冷媒との熱交換により加熱された利用側冷媒は、ポンプ41に吸引された後、吐出され、利用側熱交換器42に流入する。利用側熱交換器42において、利用側冷媒は、送風機42aから送り出された空気調和空間の空気を加熱し、空気調和空間を暖房する。その後、利用側冷媒は、再びプレート式熱交換器100に流入する。
On the other hand, the use-side refrigerant heated by the heat exchange with the heat source-side refrigerant in the
このように構成された冷凍サイクル装置150は、実施の形態1〜実施の形態4で示したプレート式熱交換器100を備えているので、省エネ性と信頼性の高い冷凍サイクル装置となる。
Since the refrigeration cycle apparatus 150 configured as described above includes the
なお、本実施の形態5の冷凍サイクル装置150は、熱源側冷媒回路30の凝縮器としてプレート式熱交換器100を用いたが、熱源側冷媒回路30の蒸発器としてプレート式熱交換器100を用いてもよい。熱源側冷媒回路30の凝縮器及び蒸発器の双方にプレート式熱交換器100を用いても勿論よい。
In the refrigeration cycle apparatus 150 according to the fifth embodiment, the
本発明に係るプレート式熱交換器は、上述した空気調和装置以外にも、発電、食品の加熱殺菌処理機器等、プレート式熱交換器を搭載した多くの産業、家庭用機器に利用可能である。 The plate-type heat exchanger according to the present invention can be used for many industrial and household devices equipped with a plate-type heat exchanger, such as power generation and food sterilization treatment equipment, in addition to the above-described air conditioner. .
1 第1流体の流入口、2 第1流体の流出口、3 第2流体の流入口、4 第2流体の流出口、5 サイドプレート、6 インナーフィン、6a 基板部、6b 天面部、61 第1切り起こし部、61a 第1天面部、61b 第1脚部、62 第2切り起こし部、62a 第2天面部、62b 第2脚部、7 伝熱プレート、7a 伝熱プレート、7b 伝熱プレート、8 凹溝、8a 貫通溝、8b 底部側凹溝、9 凹溝、9a 流出口側凹溝、9b 流入口側凹溝、11 第1流路、12 第2流路、30 熱源側冷媒回路、31 圧縮機、32 蒸発器、32a 送風機、33 膨張弁、40 利用側冷媒回路、41 ポンプ、42 利用側熱交換器、100 プレート式熱交換器、150 冷凍サイクル装置、200 プレート式熱交換器(従来)、A 第1流体の流れ方向、B 第2流体の流れ方向。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記サイドプレートと前記伝熱プレートとの間及び各前記伝熱プレートの間に形成される空間に、第1流体が流通するための第1流体流入ポート及び第1流体流出ポートと、前記第1流体とは異なる第2流体が流通するための第2流体流入ポート及び第2流体流出ポートとが交互に連通し、
前記第1流体が流通する第1流路と前記第2流体が流通する第2流路が交互に形成され、
少なくとも前記第1流路には、前記伝熱面と対向する範囲にインナーフィンが設けられたプレート式熱交換器であって、
前記第1流路における前記インナーフィンの設置範囲には、
前記インナーフィンにおける前記伝熱プレートと対向する範囲、及び、前記伝熱プレートのうちの少なくとも一方に、前記インナーフィン及び前記伝熱プレートの厚みよりも小さい深さの凹溝が、前記第1流体の流れ方向に沿って形成されており、
前記凹溝のうちの少なくとも一部は、
前記インナーフィンに形成された貫通溝、及び、前記伝熱プレートの前記貫通溝と対向する部分に形成された底部凹溝によって形成されていることを特徴とするプレート式熱交換器。 A plurality of heat transfer plates each having a flat heat transfer surface formed between two side plates are laminated at a predetermined interval.
A first fluid inflow port and a first fluid outflow port for allowing a first fluid to flow in a space formed between the side plate and the heat transfer plate and between the heat transfer plates; A second fluid inflow port and a second fluid outflow port for allowing a second fluid different from the fluid to circulate alternately;
The first flow path through which the first fluid flows and the second flow path through which the second fluid flows are alternately formed,
At least the first flow path is a plate heat exchanger provided with an inner fin in a range facing the heat transfer surface,
In the installation range of the inner fin in the first flow path,
A concave groove having a depth smaller than the thickness of the inner fin and the heat transfer plate is formed in at least one of the range facing the heat transfer plate in the inner fin and the heat transfer plate. It is formed along the flow direction,
At least a part of the concave groove is
A plate-type heat exchanger, wherein the plate-type heat exchanger is formed by a through groove formed in the inner fin and a bottom concave groove formed in a portion of the heat transfer plate facing the through groove .
前記凹溝は、開口部から底部にかけて幅が小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載のプレート式熱交換器。 In a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the concave groove,
The plate-type heat exchanger according to claim 1, wherein the groove has a width that decreases from the opening to the bottom.
前記凹溝は、開口部から底部にかけて幅が大きくなっていることを特徴とする請求項1に記載のプレート式熱交換器。 In a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the concave groove,
The plate-type heat exchanger according to claim 1, wherein the groove has a width that increases from an opening to a bottom.
一端が前記凹溝と接続され、他端が当該流路と連通する流入口に接続された流入口側凹溝、及び、一端が前記凹溝と接続され、他端が当該流路と連通する流出口に接続された流出口側凹溝のうちの少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。 In the flow path in which the concave groove is formed,
One end is connected to the groove, the other end is connected to the inlet that is connected to the flow path, and the other end is connected to the groove and the other end is connected to the flow path. The plate type heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the concave grooves on the outlet side connected to the outlet is formed.
前記伝熱面と対向する範囲に前記インナーフィンが設けられ、
前記凹溝が、前記第2流体の流れ方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。 Also in the second flow path,
The inner fin is provided in a range facing the heat transfer surface,
The plate-type heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein the concave groove is formed along a flow direction of the second fluid.
前記凹溝のそれぞれは、該インナーフィンの内部を流れる流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。 In the installation range of the inner fin,
6. The groove according to claim 1, wherein each of the concave grooves is formed without interruption from an upstream side to a downstream side in a flow direction of the fluid flowing through the inner fin. Plate heat exchanger.
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